На расширенном заседании ЦК РСДРП(б) избран Военно-революционный центр по руководству восстанием из пяти человек: А.С. Бубнова, Ф.Э. Дзержинского, Я.М. Свердлова, И.В. Сталина и М.С. Урицкого27. Центр вошел в состав ВРК и стал его руководящим партийным органом.

В.И. Ленин, находясь на нелегальном положении, руководил работой ЦК с 15 октября из конспиративной квартиры на Сердобольской улице. При встрече с Дзержинским он интересовался положением в городе и на периферии, в частях столичного гарнизона, в редакции газеты «Солдат». Причем интересовался, где и какие части дислоцируются, о наличии и численности в них партийных организаций, кто руководит солдатскими комитетами. Прямо от Ленина Дзержинский отправился в Смольный, где во второй половине дня состоялось закрытое заседание Петроградского комитета РСДРП(б) с представителями всех районов города. В своем выступлении Дзержинский убедительно защищал необходимость вооруженного восстания.

С 19 октября в ВРК установлено круглосуточное дежурство, обеспечена постоянная связь с районными советами, воинскими частями, боевыми кораблями Балтийского флота и крупными заводами. Дзержинский работал круглые сутки, почти без сна и отдыха, лично подбирал, инструктировал и направлял комиссаров на места, где они принимали непосредственное участие в приведении в полную боевую готовность воинских частей и кораблей, следил за выпуском и распределением военной продукции, вводил жесткие лимиты отпуска боеприпасов. С этой целью ВРК запретил заводскому комитету Петроградского патронного завода выдавать боеприпасы без визы одного из трех членов ВРК – Дзержинского, Лазимира и Антонова-Овсеенко.

В дни, непосредственно предшествовавшие восстанию, по заданию ЦК РСДРП(б) он контролировал работу почт и телеграфов, обследовал Петропавловскую крепость на предмет размещения в ней запасного штаба восстания.

21 октября 1917 г. на заседании ЦК создана комиссия по подготовке II съезда Советов. На следующий день по предложению Дзержинского и Свердлова ВРК назначил комиссарами в штаб Петроградского военного округа своих членов А.Д. Садовского, П.Е. Лазимира и К.А. Механошина. После отказа командующего округом принять комиссаров ВРК приказом по гарнизону объявлены недействительными все распоряжения штаба округа без визы комиссаров ВРК28.

В городе отмечался День Петроградского Совета. Дзержинский выступил на митингах в Московском, Нарвском районах и на Охте, на первой Петроградской конференции красногвардейцев. Весь день прошел под лозунгом «Вся власть Советам!».

22 октября под председательством Дзержинского и Свердлова состоялась 1-я Петроградская конференция красногвардейцев, на которой присутствовало около 100 человек, в основном большевиков.

Но не дремала и контрреволюция. Рано утром 24 октября войска, верные Временному правительству, пытались овладеть редакций и типографией органа ЦК – газеты «Рабочий путь», а также развести мосты через Неву. По распоряжению ВРК красногвардейцы, солдаты Литовского полка и 6-го запасного саперного батальона сорвали эту вооруженную вылазку врагов революции. Одному из красногвардейских отрядов задачу ставил лично Дзержинский.

В этот же день члены ЦК РСДРП(б) получили конкретные задания по подготовке восстания. Дзержинский вывел первый отряд из Смольного для занятия Главного телеграфа, который, как очень важный объект, охранялся усиленным караулом29. Захватить его вооруженным путем было непростое дело, связанное с большими жертвами и потерей времени. Учитывая это, Дзержинский направил туда секретаря большевистской организации II съезда Советов С.С. Пестковского, своего старого товарища по подпольной работе и тюрьмам Ю.М. Лещинского, а также комиссара Кексгольмского полка А.М. Любовича с целью склонить караул к переходу на сторону революции. Замысел удался как нельзя лучше: комиссар Любович, пользовавшийся у солдат большим авторитетом, сумел их уговорить. Главный телеграф оказался в руках большевиков.